Ardupilot Auto Mission

 關於Ardupilot的自動飛行模式一定要坐下筆記，免得下次又忘了。

1. VTOL起飛一定要使用VTOL_TAKEOFF才會垂直起飛，不然的話，一ARM之後，如果使用TAKEOFF則會瞬間全速從地面衝出去，沒掛掉算運氣好。

2. 啟動方式很容易手忙腳亂，簡單說，ARM之後切到AUTO模式就開始執行。問題是ARM完成之後去按電腦切AUTO之後要記得回頭把遙控器油門開到中間。不然模式變成其他的時候容易出問題。

3. VTOL_TAKEOFF有幾個特色，就是TAKEOFF之後並不是停住!!!!非常重要，而是頭朝哪就從哪個方向衝出去，所以如果起飛有風或者YAW鎖定的不好要特別注意，如果不小心往背後衝就要撞樹了，如果沒有下一個導航點就不知道飛到哪? 如果導航點在反方向會自動轉彎掉頭。

以下是飛行模式

QRTL的話就會回來並且進入降落

https://ardupilot.org/plane/docs/qrtl-mode.html

QLAND是使用Q模式直接降落 無論當時高度

LOITER to QLand 則是先LOITER降低高度到Q_RTL_ALT然後切到Q模式

相關參數

Q_RTL_ALT

WP_LOITER_RAD

以下只有mission可用指令

VTOL_LAND則是這個點立刻下降

RETURN_TO_LAUNCH效果跟RTL一樣是回到上空盤旋不執行降落，只有QRTL才會執行降落

Tailsitter 2號機

 

自從上次一號機失敗之後好一陣子，決定開始二號機改進。

(一號機測試的文章在這 https://infinityhobby.blogspot.com/2023/01/tailsitter-planes-setting.html)

二號機這次直接參考大陸一台叫做Swan-K1

這台網路上看到是使用PIX4，原理跟我的一號機相同。但主要差異在於馬達偏角很顯眼，我猜這應該就是YAW保持穩定的關鍵。

在逆向的過程中，特別簡化了機體，把很多部分改成使用碳纖棒，這樣可以減少列印時間也減少重量。

重心部分我特別做了一個縮小版(70%)來手丟，初步計算是使用https://rcplanes.online/cg_wing.htm

我記得還有找到另外一個網頁，算出來結果完全不同，手丟測試是覺得重心前面一點高速穩定，但是失速點會高一點，但是重心後面的話可以漂遠一點，低速也可以飛，但是飛行就很不穩定。

重心位置大致在螺旋槳面中心。我猜應該是K1的重心吧。

翼型使用EPPLER 326，原因是看起來厚度很夠，尾巴翹的也很誇張。飛機射機接近翼端我有做外洗角。主翼攻角看圖片K1好像沒有，所以我也沒做。

23/3/8今天基本上中心部分完成，發現的問題是原始設計艙蓋因為重心配置的問題，導致飛控要往後移動，會碰到中間補強桿所以得墊高。但是這樣就會超過原本設計的機體厚度，所以艙蓋得單獨重新畫過。

圖已經畫好，目前正在印。

停懸測試真的比第一版穩定很多，但是機身強度不足，所以會共振。希望改良的艙蓋裝上去可以增加強度，不然就得用細的碳纖棒在馬達中間拉補強了。

所需要碳纖棒:

•     5x150mm x4
•     5x114.8mm x 4
•     3x632mm x 1
• 3x303mm x 2 

其他所需要零件:

• GPS Modul
• TELEMETRY 
• OMNIBUS F4 
• Genfan 5" prop
• 45A 4in1 BLHeli_S
• SA2306 KV2345 x 4 

23/3/19

基本上已經全部完成，等待最後飛行測試。

3/22 老外給了一份重要資料

https://github.com/ArduPilot/ardupilot/blob/master/libraries/AP_HAL_ChibiOS/hwdef/Swan-K1/defaults.parm

這個是Swan-K1的參數

重要的參數如下

Tailsitter設定

Q_ENABLE 1

Q_FRAME_CLASS = 1 

Q_TAILSIT_ENABLE  2 *restart

Q_TAILSIT_MOTMX = 15

Q_FRAME_TYPE = 1

Q_OPTIONS 128

ARMING_RUDDER 2 (用搖桿ARM跟DISARM)

# the HWing can become unstable at high speeds. Limit pitch angle

# to prevent overspeed

LIM_PITCH_MAX  4500

LIM_PITCH_MIN  -1500

# no rudder mixing

KFF_RDDRMIX 0

# reasonable attitude limits

LIM_PITCH_MAX 4000

# slow down for landing approach

TECS_LAND_ARSPD 8

其他看狀況

Q_TAILSIT_ANGLE 過渡角度 預設45

Q_TAILSIT_RAT_FW 過渡所需時間

3/24 測試成功

最後還是在馬達間拉了兩根2mm碳纖棒，不然還是會晃動。

因為數傳不穩定的問題無解，所以只能透過USB線簡單地把P值從25降到20稍微減低停懸時的共振，然後就就很猛的測FWA模式。

從停懸模式稍微拉高一點之後切FWA，飛機瞬間加速向上爬升，嚇了一跳，不過還來不及反應就開始自動往前傾斜45度進入轉換中介狀態。

因為動力真的很充足，所以一下就完全轉換到到平飛模式。轉換過程很順。但是飛行速度相當快， 我回頭看了一下飛行紀錄，平飛50%油門而且用設定的最小安全半徑繞圈都一直維持在100kmh左右。

由於飛行時間沒有計算，所以繞了幾圈之後怕電量不足就切回停懸模式準備降落。不過慘了，只是稍微遠了一點但是已經沒辦法視覺辨識姿態。好家在飛機本身很穩，但是卻越僑飄的越遠。才幾十秒時間嚇得全身冒冷汗，因為沒有設定Failsafe的對應動作，所以如果真的沒電就是直接墜毀了。不過這時突然心生一計，立刻回到電腦前面用地面站軟體狂送RTL訊號，希望數傳這時候能夠給力。

運氣真的很不錯，看到飛行模式已經切到QRTL，這時候心放下一大半。才過幾秒飛機就已經飛回頭頂準備降落，這時切回手動模式稍微橋了一下位置順利降落。

呼....

另外就是QRTL模式如果超過一定距離會先自動切到飛機模式後往家裡飛，然後快到目標前才又切回停懸模式。雖然當場因為飛機太小看不清楚，不過看log檔模擬的時候，發現它真的超聰明的，發現機頭方向不對還回先180度轉彎之後才切到飛機模式。

23/5/16 

好久沒更新，後來飛的越來越順手。這台飛機蠻多奇怪的特性。

轉彎的時候越慢轉彎的弧度會越小，雖然好像是常識，但實際飛的時候卻感覺好像是因為飛控介入的關係。所以快慢轉彎的弧度差很大。

油門真的要開得很小，平飛模式絕對都是低於50%以下，50%以上非超快。

起降的時候也是一樣，50%以下的速度才不會突然衝出去太快。特別是起飛的時候，首先他會先往前壓頭45度，然後突然加速。如果這時候油門大於50%的話，飛機一下子就飛超遠的。

另外比較努力測試過，停懸需要25A電流，平飛的話，如果拉升舵飛，油門25%-30%大約可以降到10A左右。

2023-5-30 墜毀

還好有找到

墜毀原因是飛太遠，切QRTL結果直接撞地球。所以如果在飛機模式，好像不能直接切QRTL，要先切回Q模式才能用QRTL。

VTOL 3號機

 

製作過程就不贅述了，跟2號機差不多。只不過這次選擇馬達座採用橫式，這樣可以維持機翼不用修改，也不需要另外走線，這樣就可以方便拆裝。

只是橫置的話，很難把兩根管子埋到剛好平行，結果是盡量保持平衡插進去之後再用補土作為細部角度調整。

當然，最後測試的時候發現僅用機體來支撐管子強度也不夠，所以3D列印了四個補強底座。

另外馬達的角度也傷腦筋，稍微有點差異就會造成扭矩不平均，使得其中一個對角的馬達為了要抵抗扭矩而不正常抬高轉速，導致過熱。

所以3D列印的馬達座就不適用了，後來改用淘寶的馬達座方便調整。

至於這次停懸PID有用心調整，滾轉跟俯仰因為質量分布不同要分開調整。

前腳架也在試飛的時候扯斷，因為很難確保下降的時候不往前進，所以我打算就完全不使用腳架。

3/17 第n次試飛。這次戶外測試一次解決馬達角度調整跟PID調整。基本上很順利完成。馬達角度最後是覺得只要調到不過熱即可，因為有時候因為側風緣故，也會導致其中兩顆馬達過熱。

這次發現從Quad過渡到FWA的速度是個大問題。如同一拿到飛機時就發現這台飛機主翼攻角非常大，猜想可能會有問題。結果真的是這樣

第一次從Q模式轉到FWA，一直抬頭到直接在天上翻了一圈，後來趕快切回Q模式才救回來，另外一次則是幾乎失速。

回來看了一下紀錄，基本上飛行速度最高超過50kph就很容易抬頭，大概40-45就很好飛。

所以關鍵是從Q過渡到A模式的速度要降低。

另外重心問題也要調整，目前前推動力太大，我打算把前推馬達換小一點，也順便降第尾巴重量。

過渡相關參數

https://ardupilot.org/plane/docs/quadplane-transitions.html#quadplane-transitions

如果您轉換到任何其他固定翼模式，則 VTOL 電機將繼續提供升力和穩定性，直到您達到 ARSPD_FBW_MIN 空速（如果沒有空速傳感器，則為空速估計值）。這個階段稱為“過渡空速等待”。

(目前ARSPD_FBW_MIN =9, ARSPD_FBW_MAX = 22) 前者約32kph 應該可以，我把後者改成15 (約50kph)

一旦達到ARSPD_FBW_MIN ，僅 VTOL 電機的貢獻將在Q_TRANSITION_MS毫秒（默認值為 5000，即 5 秒）內緩慢下降，然後將關閉。傾轉旋翼將緩慢旋轉至全前推力配置。一旦轉換完成，無論車輛現在處於何種固定翼模式，油門和姿態的正常控制都會恢復。

下面這段根T1-Ranger遇到問題有關

如果設置了Q_OPTIONS的第 19 位且Q_TRANS_FAIL不為零，並且空速大於ARSPD_FBW_MIN的 1/2 ，則將立即完成向固定翼的過渡。如果沒有使用空速傳感器，並且過渡到逆風，這可能會阻止在轉彎之前獲得準確的空速估計，這很有用。如果不使用Q_TRANS_FAIL超時和此 Q_OPTION，轉換可能會無限長，因為由於低地速，空速可能會報告為低於ARSPD_FBW_MIN 。

3/23

我在21號的時候更換了小一號的前推電機且稍微加了墊片把推力線朝下。加上飛行的時候把重心從主梁改到說明書的主梁前緣。起飛抬頭情況大受改善

測得的速度數據如下

失速點: 35kmh (9.7m/s) 

最高速(不抬頭情況): 約25-28 m/s (90-100kmh)

最高約25-28 m/s28 (90-100kmh)

巡航速度(50%油門)  17m/s = 61kmh

飛行速度參數設置

ARSPD_FBW_MAX：(28) 這是載具的最快正常飛行速度。通常，2 倍標稱巡航速度是一個很好的目標。

ARSPD_FBW_MIN：(13) 這是載具的最低飛行速度。它應設置為至少比車輛失速速度高 25%。

一旦達到ARSPD_FBW_MIN ，僅 VTOL 電機的貢獻將在Q_TRANSITION_MS毫秒（默認值為 5000，即 5 秒）內緩慢下降，然後將關閉。傾轉旋翼將緩慢旋轉至全前推力配置。一旦轉換完成，無論車輛現在處於何種固定翼模式，油門和姿態的正常控制都會恢復。

 校正空速傳感器 https://ardupilot.org/plane/docs/calibrating-an-airspeed-sensor.html

選擇自動校正比較快....

設定 Q_ASSIST_SPEED (10)

這是四電機將在固定翼模式下提供穩定性和升力輔助的速度。零意味著除了過渡期間沒有任何幫助。請注意，如果將其設置為零，則其他 Q_ASSIST 功能也將被禁用。較高的值會導致更多的誤報，從而浪費電池。較低的值會導致較少的誤報，但會導致需要更長的時間來觸發援助。如果不確定，則將其設置為比您飛行的最小空速低 3 m/s。如果您沒有空速傳感器，則使用比您飛行的最小空速低 5 m/s 的速度。如果你想禁用裝備檢查 Q_ASSIST_SPEED 然後設置為 -1。

諸元性能

• 空機: 1.75kg 
• 電池: 0.85kg  4s 3000mAh/4p or 4200mAh/3p
• 60%油門有風約16m/s(57kmh) 15A
• 起飛約40A